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http://hdl.handle.net/10773/22655
Title: | Tolerance of deep-sea benthic ecosystems to tarwling disturbance |
Other Titles: | Tolerância de ecossistemas bentónicos de mar profundo a perturbação induzida por pesca de arrasto |
Author: | Ramalho, Sofia Alexandra Pinto |
Advisor: | Cunha, Maria Marina Ribeiro Pais da Vanreusel, Ann Lampadariou, Nikolaos |
Keywords: | Ciências do mar Ecossitemas marinhos Macrofauna bentónica - Portugal Pesca de arrasto |
Defense Date: | 15-Nov-2017 |
Publisher: | Universidade de Aveiro |
Abstract: | A pesca de arrasto de fundo é considerada a atividade antropogénica
mais difundida e destrutiva que atualmente ameaça os ecossistemas de mar
profundo. Geralmente, esta atividade está associada à redução da
abundância e biomassa de organismos bentónicos, alterações na estrutura
das comunidades e perda de biodiversidade em habitats de substrato rochoso
(nomeadamente montes submarinos e recifes de coral de águas profundas),
onde taxas de recuperação ocorrem tipicamente num período de várias
décadas. No entanto, é nas regiões de fundos sedimentares, nomeadamente
no talude continental e canhões submarinos, onde se concentram a maior
parte dos pesqueiros e a maior pressão por parte dos arrastões de
profundidade. No entanto, os efeitos sobre a biodiversidade e o
funcionamento dos ecossistemas são pouco conhecidos, inclusive na margem
Ibérica Oeste, uma das regiões Europeias mais impactadas por artes de
arrasto de fundo. Como tal, a presente tese teve como objetivo principal
investigar os efeitos da perturbação física induzida pelos arrastões de
profundidade na composição, diversidade e estrutura trófica das comunidades
bentónicas, bem como na manutenção de funções essenciais dos
ecossistemas mediadas pela fauna (por exemplo, transformação da matéria
orgânica, reciclagem de nutrientes, respiração e produção secundária).
No total, foram selecionadas para o presente estudo três áreas de
interesse, representativas de vários graus de perturbação física (não
arrastado, e baixa e alta pressão por arrasto) na transição da plataforma para
o talude continental da margem Sudoeste Portuguesa. Estas áreas foram
estabelecidas a partir de dados de sistemas satélite de monitorização de
embarcações (VMS). Foram realizados levantamentos de vídeo através de
um veículo de operação remota (ROV) e amostradas sete estações dentro
das três áreas de interesse, que permitiram a comparação das comunidades
bentónicas, em termos de abundância, biomassa total, composição e
diversidade (taxonómica e trófica), incluindo os grupos de meiofauna,
macrofauna e mega-epifauna. Além disso, foi também realizado um trabalho
experimental de curta duração (5 dias) com sedimentos colhidos em dois
locais sujeitos a diferentes níveis de perturbação por arrasto. Aos sedimentos colhidos foram adicionadas algas marcadas com 13C, de
forma a investigar vários proxys de funções tipicamente mediadas por
comunidades bentónicas, nomeadamente mineralização de carbono por
comunidades microbianas, biomassa bacteriana total (através da absorção
do 13C e estimada a partir de ácidos gordos derivados de fosfolipídios
específicos de bactérias - PLFAs), bioturbação (através da absorção do 13C
no sedimento) e bioirrigação (analisada a partir da variação das
concentrações de amónia no sedimento). Além disso, taxas de respiração e a
respiração total da fauna foram utilizadas como proxy para a função
metabólica do ecossistema.
No geral, os resultados da presente tese demostraram que a pesca de
profundidade por artes de arrasto de fundo resulta na degradação da
integridade dos fundos marinhos (por exemplo, áreas perturbadas
demonstraram uma topografia aplanada, pouca evidência de bioturbação e
marcas de portas e redes de arrasto). As componentes da fauna de maior
dimensão (mega-epifauna e macrofauna) apresentaram composições
distintas nas áreas investigadas. Em condições de elevada perturbação
física, observou-se a diminuição da riqueza taxonómica induzida pela perda
de espécies raras e sensíveis à perturbação (por exemplo, organismos
filtradores ou suspensívoros). Acresce que, no geral, a baixa dissimilaridade
entre as áreas de pesqueiro e áreas adjacentes sujeitas a baixa perturbação,
sugere que os efeitos negativos detectados podem estender-se para além
das áreas directamente afectadas (por exemplo, resultados indirectos
associados a plumas de sedimentos em suspensão). Correlações negativas
significativas foram detectadas entre vários índices de diversidade da megaepifauna
e esforço de pesca, bem como com a abundância, riqueza
especifica e riqueza de grupos tróficos de macrofauna. No entanto, não
foram detectadas correlações entre esforço de pesca e outros índices de
diversidade estimados para macrofauna (Shannon-Wiener e a equitabilidade
de Pielou), apesar de diferenças na composição das comunidades evidentes
através da análise multivariada e na interpretação das comunidades
nucleares (compostas por espécies características, dominantes ou
frequentes). Estes resultados sugerem que alguns índices de biodiversidade tipicamente
utilizados em estudos de impacto ambiental podem não ser suficientemente
sensíveis para identificar alterações das comunidades sob perturbação
física. Apesar das alterações na composição da macrofauna, a complexidade
trófica foi no geral mantida (presença de todos grupos tróficos em todas as
áreas). No entanto, a redundância trófica (número médio de espécies por
grupo trófico) diminuiu, pelo que cada função (representada por cada grupo
trófico) passou a ser assegurada por um menor número de espécies ou até
mesmo uma única espécie. Esta alteração traduz-se numa maior
vulnerabilidade a perturbações adicionais e/ou continuadas que induza
novas extinções locais de espécies. Os resultados experimentais sugerem
que as práticas de pesca de arrasto de profundidade na área de estudo
parecem não afectar a biomassa bacteriana, nem a composição e a
diversidade de organismos da meiofauna.
A deplecção de várias funções realizadas pelos ecossistemas nas
áreas sujeitas a de alta perturbação por pescas de arrasto, inclusive fluxos
de energia e matéria nos sedimentos, foram relacionadas com alterações
relevantes na composição da macrofauna, bem como alterações no espectro
de tamanhos corporais dos organismos (prevalência de espécies de menor
tamanho sob condições de perturbação generalizada). Tanto a produção
secundária bacteriana, como a bio-irrigação e bioturbação apresentaram
uma redução em sedimentos obtidos nas áreas de arrasto intenso.
Adicionalmente, foi observada uma correlação positiva entre a respiração
total e a riqueza específica da macrofauna, sustentando a nossa hipótese de
que funções fundamentais do ecossistema podem sofrer depleções sob
condições de perturbação física por arrasto de profundidade.
Em resumo, a presente tese demonstrou que as atividades de arrasto
de profundidade têm efeitos prejudiciais nas comunidades bentónicas de
habitats sedimentares, em particular na mega-epifauna e macrofauna. Estes
efeitos manifestam-se numa redução de funções regulatórias essenciais do
ecossistema, normalmente mediadas pela fauna afetada. Estes resultados
sugerem que a exploração continuada dos recursos biológicos ao longo da
Margem Portuguesa, estão atualmente a pôr em risco os ecossistemas de
mar profundo, e em particular as suas comunidades bentónicas. É importante salientar que os efeitos negativos detectados podem nem
sempre ser identificados pelos actuais indicadores utilizados na avaliação
dos impactos e programas de monitorização em sistemas marinhos e,
portanto, deverão ser acompanhados por outros indicadores da composição
das comunidades, condição do ecossistema e vulnerabilidade, de modo a
adequadamente determinar o estado ambiental de ecossistemas de mar
profundo ao longo das margens Europeias. Bottom-trawling fisheries are considered the most pervasive and destructive anthropogenic activity presently threatening deep-sea ecosystems. In general terms, this activity is associated with the reduction of the benthos standing stocks, alterations of the benthic community structure and loss of fauna biodiversity in hard substrate habitats (i.e. seamounts and cold-water coral reefs), where recovery rates are estimated to be within decades. Yet, it is within the soft sediment regions, such as the continental slopes and submarine canyons, where a large amount of the trawling pressure is presently concentrated, and the effects on biodiversity and ecosystem function derived from this practice are barely known. This is particularly applicable for the West Iberian Margin, one of the most disturbed regions by bottom trawlers in Europe. Hence, this research aimed to investigate the effects of the longterm induced physical disturbance by bottom trawlers on the deep-sea softsediment benthic assemblages composition, diversity and trophic structure, and how this was translated into the maintenance of essential ecosystem functions (e.g. organic matter transformation and nutrient cycling, secondary production, ecosystem metabolism). Three main areas were selected based on various degrees of disturbance (no, low, and high trawling pressure) along a continental slope area off the SW Portuguese margin, established from Vessel Monitoring Systems (VMS) data. Remotely Operated Vehicle (ROV) video surveys and a total of seven stations within these three areas were sampled to compare the benthic assemblages, in terms of total standing stocks (abundance and biomass), composition and diversity (both taxonomic and trophic), including meiofauna, macrofauna and mega-epifauna groups. Additionally, an onboard short-term pulse-chase experiment (5 days) was performed on sediment cores obtained from two selected locations, and enriched with 13C labeled algae, to investigate several proxies of ecosystem functions in the sediment typically promoted by the benthic assemblages. These included carbon mineralization and production by bacteria communities and their total biomass (13C uptake estimated through bacteria specific phospholipid-derived fatty acids – PLFAs), bioturbation (13C sediment uptake profile with sediment depth) and bioirrigation (ammonia concentrations in the sediment depth profile). Additionally, infauna respiration rates and total respiration were used as a proxy for ecosystem metabolic function. Overall, the main results of the present thesis showed an evident compromise of the seabed integrity at the highly disturbed area (e.g. often flattened topography, low bioturbation evidence, and numerous trawl scars). Furthermore, the larger sized component of the benthic biota (megafauna and macrofauna) showed distinct assemblages between the areas investigated, and a lower morphospecies/species richness under conditions of high trawl disturbance, due to the loss of rare and trawl sensitive groups (e.g. sessile filter feeding fauna). Besides, a lower dissimilarity between assemblages were found in the main fishing ground areas (high trawled) and the adjacent lowdisturbance locations, suggesting that the potentially negative effects of trawling are extended beyond the main targeted areas (e.g. by the plumes of re-suspended sediments). Significant negative correlations were generally detected between various mega-epibenthic diversity indices and trawling pressure, as well for macrofauna abundance, species/trophic guild richness. However, diversity indices related with macrofauna community structure (Shannon-wiener and Pielou’s evenness) failed to detect the observed differences in community structure observed by the multivariate analysis and the structure of the core assemblages (i.e. characteristic, dominant or frequent taxa). We suggest that such indices may not be sensitive enough to identify changes under conditions of physical disturbance. Besides, even though alterations of macrofauna community composition were not reflected in an impoverished trophic complexity (all feeding guilds present in all areas), as a result of an increase trawling pressure, macrofauna trophic redundancy (average number of species per trophic guild) declined, reflecting a higher vulnerability under conditions of disturbance, as each function (trophic guild) was insured by a low number of species. Contrariwise, trawling practices seemed to have little effect on either bacterial biomass or meiofauna standing stocks and composition. A depletion of important ecosystem functions, such as energy and matter fluxes in the sediments at the high trawling pressure areas was particularly linked with changes in macrofauna assemblages and size structure, towards a dominance of smaller sized species under conditions of permanent disturbance. Both bacterial production and bioirrigation/ bioturbation (e.g. the higher build-up of ammonia at the sediment deeper layers), was reduced in high trawled sediments. Furthermore, the general decline in macrofauna species richness across the study region was correlated with the depletion of macrofauna total respiration, supporting our hypothesis that the depletions of fundamental regulatory ecosystem functions occur under high trawling disturbance regimes. In summary, this thesis demonstrated that trawling activities have deleterious effects on soft-sediment benthic assemblages, mainly within mega-epifauna and macrofauna, and are linked with the depletion of essential regulatory ecosystem functions normally mediated by the affected biota. These suggest that the exploitation of the deep-sea natural resources in the SW Portuguese Margin, one of the most disturbed regions by bottom trawlers in Europe, is currently endangering its benthic habitats. Finally, the deleterious effects on the benthic habitats associated with trawling disturbance may not be perceived by the current routinely used monitoring tools for impact assessment and monitoring programmes in marine systems (e.g. univariate indices of diversity) and therefore should be accompanied by other indicators of community composition, ecosystem condition and vulnerability to adequately determine and achieve a Good Environmental Status is deep-sea areas within the European margins. |
Description: | Doutoramento em Ciências do Mar |
URI: | http://hdl.handle.net/10773/22655 |
Appears in Collections: | DBio - Teses de doutoramento UA - Teses de doutoramento |
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